Degradação abiótica de sacolas plásticas oxo-degradáveis : potenciais fontes de microplásticos e contaminantes metálicos

Abstract

As sacolas de polietileno oxo-degradável (OXO-PE) têm sido amplamente utilizadas como uma alternativa “ecologicamente correta”. No entanto, não há provas suficientes de que estes materiais proporcionem uma vantagem ambiental em relação às sacolas convencionais de polietileno (PE), e a incidência de greenwashing tem aumentado significativamente. Neste sentido, este estudo avaliou a degradação e consequente geração de microplásticos de sacolas comerciais de PE e OXO-PE expostas à degradação indoor e outdoor e em ambiente aquoso. Para degradação indoor, amostras de três sacolas comerciais de OXO-PE distintas e uma de PE convencional foram degradadas em câmara de envelhecimento, equipada com três lâmpadas UVA de 36W com luz incidente de 431,31 W m-2 durante 0-79 dias, com exposições diárias contínuas de 8 horas. Para degradação outdoor, as mesmas amostras de sacolas foram degradadas ao ar livre e expostas ao intemperismo por 0-90 dias de degradação. A sacola de OXO-PE com a maior modificação durante a degradação indoor e outdoor foi empregada para os experimentos de degradação em água, durante 0-100 dias, com 10 horas de irradiação contínua em mesma câmera. As alterações visuais e estruturais em todas as amostras foram avaliadas através de imagens, microscopia e caracterização química utilizando FTIR-ATR. Na degradação indoor, apenas a sacola de PE e 2/3 das sacolas OXO-PE apresentaram alteração de cor, que aumentou com o tempo de exposição. Cerca de 2/3 das amostras de OXO-PE apresentaram pequenas fissuras que seguiram até a fragmentação. Contudo, apenas uma amostra produziu ~18 partículas microplásticas em 54 dias e cerca de 43 partículas em 79 dias. Para a degradação outdoor, apenas 2/3 das OXO-PE apresentaram alteração de cor. Após 60 dias de exposição, 2/3 das amostras de OXO-PE apresentaram pequenas fissuras que continuaram a fragmentar-se. Os espectros de FTIR mostraram as bandas características do PE representadas pelo grupo metileno entre 2922 – 2910 cm-1 e entre 2849 e 2840 cm-1. Também foi observado um aumento da intensidade da banda da carbonila (1800 - 1650 cm-1), apresentando oxidação superficial em todas as amostras. O índice de carbonila (IC) de todas as amostras aumentou com o tempo de exposição à degradação. Adicionalmente, o IC das amostras degradadas em solução aquosa apresentou valores diferentes, sugerindo que o ambiente influência de forma significativa na degradação. Além disso, foi verificada a lixiviação de cinco espécies metálicas (Ca2+, Cu2+, Fe3+, Mn2+ e Ti4+) durante a degradação em meio aquoso, com concentrações que flutuaram à medida que aumentou o tempo de degradação. A partir desses apontamentos, observa-se que as sacolas OXO-PE não apresentam vantagens significativas frente as de PE convencionais. Contudo, mais estudos devem ser realizados para melhor compreensão das sacolas OXO-PE.

The oxo-degradable polyethylene (OXO-PE) bags have been widely used as an "environmentally friendly" alternative. However, there is insufficient evidence that these materials provide an environmental advantage over conventional polyethylene (PE) bags, and incidents of greenwashing have significantly increased. In this study, degradation and subsequent microplastic generation in commercial PE and OXO-PE bags exposed to indoor and outdoor degradation, as well as aqueous environments, were evaluated. For indoor degradation, samples of three different commercial OXO-PE bags and one conventional PE bag were degraded in an aging chamber, equipped with three 36W UVA lamps with incident light of 431,31 W m-2 for 0-79 days, with daily exposures continuous 8 hour. For outdoor degradation, the same bag samples were exposed to weathering outdoors for 0-90 days. The OXO-PE bag showing the most significant modifications during indoor and outdoor degradation was used for water degradation experiments, exposed for 0-100 days with 10 hours of continuous irradiation in the same chamber. Structural changes in all plastic samples were evaluated using microscopy and chemical characterization using FTIR-ATR. In indoor degradation, only the PE and 2/3 of the oxo-PE bags showed color changes, which increased with exposure time. Approximately 2/3 of the OXO-PE samples exhibited small cracks leading to fragmentation. However, just one sample produced ~18 microplastic particles in 54 days and approximately 43 particles in 79 days. For outdoor degradation, only 2/3 of the oxo-degradable bags showed a change in color. Furthermore, after 60 days of exposure, 2/3 of the OXO-PE samples showed small cracks that continued to fragment. Additionally, 2/3 of OXO-PE showed biofilm formation on the surface after 60 days and PE after 90 days. Unlike indoor degraded samples, those degraded in aqueous media showed no significant visual changes during the analyzed period. FTIR spectra indicated characteristic PE bands such as the methylene group between 2922 - 2910 cm-1 and between 2849 - 2840 cm-1. An increase in carbonyl band intensity (1800 - 1650 cm-1), indicating surface oxidation, was observed in all samples. The carbonyl index (CI) increased with exposure time in all samples. Additionally, CI values differed in samples degraded in aqueous solution, suggesting significant environmental influence on degradation. Leaching of five metallic species (Ca2+, Cu2+, Fe3+, Mn2+, and Ti4+) during aqueous degradation fluctuated with increasing degradation time. Based on these findings, it is observed that OXO-PE bags do not offer significant advantages over conventional PE bags. However, further studies are needed for a better understanding of OXO-PE bags.